一種城市區域交通信號自適應協調控制方法技術

本發明專利技術為一種城市區域交通信號自適應協調控制方法，集成了多種不同特點的控制優化算法，通過建立配時模塊，根據交通流的實際情況優化區域交叉口的信號配時參數，無論路段上交通流檢測器安裝在任何位置，可根據布設位置情況合理地選擇控制技術，適用于區域不同交通狀態的信號自適應協調控制。考慮交叉口在多個周期內交通需求的基礎上，以提升區域整體交通運行效率為目標，綜合分析單交叉口的相位需求，制定區域信號自適應協調控制策略，進一步對路段交通流進行溢出（死鎖）檢測和相位差優化，從而降低實時自適應系統對交通流造成的不穩定性和安全隱患，改善區域交通運行條件，緩解交通擁堵并提高區域交通的通行能力。

【技術實現步驟摘要】
一種城市區域交通信號自適應協調控制方法
本專利技術公開了一種城市區域交通信號自適應協調控制方法，屬于智能交通信號控制

技術介紹
近年來，隨著機動車保有量的迅猛增長使得城市交通路網的負載越來越重，路網交通流不均衡的現象十分突出，局部區域和路段的交通擁堵又使得交通事故頻頻出現，極大地影響了市民的出行效率和安全。城市區域主要交通干道早晚高峰期間擁堵嚴重，車流的潮汐現象明顯，而原有的信號控制體系下，智能化控制程度不夠，無法適應交通流的變化。因此，對城區內的燈控路口進行統一管理，建立區域交通信號的自適應協調控制體系，提升智能化信號控制水平的工作迫在眉睫。國外在區域交通信號自適應系統研究方面取得較多成果，且應用成熟廣泛，如SCOOT系統、SCAT系統、TRANSYT系統、ACTRA系統等，國內諸多城市也相繼引入以提升區域交通運行效率。但是，這些系統引入國內應用后，由于我國混合交通的基本特點、交通基礎設施建設落后以及缺乏相關專業運維人員以及系統自身的應用約束等綜合因素的制約，產生較多的實際操作難題，不能有效適用于本地交通狀況。在上述問題背景下，國內研究人員也針對性的開展了適合我國城市交通特點的區域交通控制系統的研究和開發，如南京NUTCS系統、海信HiCon系統、深圳SMOOTH系統等。但是，這些系統一般只是在少數城市的特定區域進行了較少范圍的應用，系統功能和應用場景簡單且不夠成熟，無法在有效應對國內復雜多變的交通運行狀況。針對國內外現有區域交通信號協調控制系統的不足，與現有技術相比，本專利技術的優點在于：1.專利技術適用于區域不同交通狀態，通過建立包含多模型參考算法的配時模塊，如圖1所示，集成了多種不同特點的控制優化算法，并根據交通流的實際情況優化區域交叉口的信號配時參數。2.適用于檢測器不同的安裝位置，根據交叉口交通流檢測器布設位置情況合理地選擇控制技術，從而使之能夠更廣泛地應用到區域信號控制中。在圖2中展示了兩種檢測器安裝的方式，一種安裝在交叉口的進口處，一種安裝在交叉口的出口處。安裝在進口處的檢測器可以實時地檢測到到達交叉口的交通流情況，采用這種檢測器安裝方式的交叉口比較適合采用感應控制實時控制技術；安裝在出口處得檢測器可以檢測到排隊長度，采用這種檢測器安裝方式的交叉口可以利用模糊控制。3.考慮交叉口在多個周期內交通需求的基礎上，以提升區域整體交通運行效率為目標，綜合分析單交叉口的相位需求，制定區域信號自適應協調控制策略，進一步對路段交通流進行溢出(死鎖)檢測和相位差優化，從而降低實時自適應系統對交通流造成的不穩定性和安全隱患。
技術實現思路
為解決上述技術問題，提供一種城市區域交通信號自適應協調控制方法，該方法以區域內交叉口信號相位的交通需求為基礎，檢測分析多個周期內不同相位交通需求的變化情況，根據多個周期的各相位配時是否滿足對應的交通需求，通過配時模塊計算在當前交通需求下的理論配時，并與當前運行的相位配時進行對比，進一步分析該交叉口信號方案的合理性。同理計算分析區域內所有信號交叉口配時方案是否滿足當前交通運行需求，并根據分析結果進行相應的交叉口綠信比、周期以及相位差等區域協調策略和控制參數的調整。其中，如果分析結果是區域周期長度不變，則包含的交叉口根據各相位的需求調整綠信比，如果分析結構是當前區域周期已經不能滿足交通需求，則通過計算各交叉口對周期長度的要求，綜合判定區域協調的周期時間，其后進行各交叉口綠信比的分配。在交叉口控制方案確定后，對其進行綠信比調整合理性檢測，防止路段溢流現象。技術方案路線圖如圖3所示。具體采用如下技術方案：1)初始化信號配時，對各交叉口控制信號參數進行初始化配置；2)通過高清視頻、地磁或者感應線圈對各相位內的交通流進行檢測，采集交通流數據；3)配時模塊根據采集的交通流數據計算相位綠燈時間：計算的相位綠燈時間大于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“+”；計算的相位綠燈時間小于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“-”；計算的相位綠燈時間等于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“0”；4)確定單交叉口周期調整策略：在單一交叉口中，一個周期中各相位全部標記為“0”，或者“+”和“-”同時存在時，將該交叉口標記為“U”，若該交叉口至少連續M個周期標記為“U”，該交叉口確定為周期不變；一個周期各相位全部標記為“+”或“-”，將該交叉口標記為“C”，若該交叉口至少連續M個周期標記為“C”，該交叉口確定為周期調整；5)確定區域周期調整策略：若區域內部需調整周期的交叉口數量小于全部交叉口數量的一半，該區域確定為周期不變，進入步驟6)；若區域內部需調整周期的交叉口數量不小于全部交叉口數量的一半或者需調整關鍵交叉口，該區域確定為周期調整，進入步驟7)；6)周期不變下的綠信比分配策略：交叉口周期各相位標記為“0”時，綠信比方案不需調整；交叉口周期各相位標記為“+”和“-”同時存在時，在第M+1周期后執行優化的綠信比方案，具體優化調整如下：模型計算的相位綠燈時間為gm，實際運行相位綠燈時間為gf，相位需求差異為Δt＝gm-gf，當則把各相位的綠燈時間均衡分配；當時，則把標記為“-”的全部相位差異時間和平均分配到標記為“+”的相位中，各相位分配到的綠燈時間為：p+為標記為“+”的相位；7)周期調整下的綠信比分配策略：關鍵交叉口的周期長度為Ck，最大周期長度為Lmax，有Ck≤Lmax，相位增加或減少綠燈時間為ga，最小綠燈時間為gmin；若全部相位標記為“+”，當則此時關鍵交叉口周期為當有此時關鍵交叉口周期為Ck_new＝Lmax；其余交叉口周期為各相位綠信時間設置如下：若全部相位標記為“-”，當gm＜gmin，有當gm≥gmin，此時關鍵交叉口周期為其余區域交叉口周期為Ci＝Ck_new,0＜i＜n,i≠k，各相位綠信時間設置如下：優選地，還包括如下步驟：8)防溢出相位綠燈時間檢測，上游交叉口任意相位放入下游交叉口的車輛應該不大于下游路段剩余路段容量，對于任意的流入相位需滿足如下條件，sikigi(t+1)+Nj(t)≤Nj_max,0＜i≤p式中，si、ki、gi、Nj和Nj_max分別為車道飽和流率、車道數、相位有效綠時、路段當前車輛排隊長度和最大排隊長度；當不滿足上述條件時，則有9)相位差優化策略，當區域周期和綠信比調整確定后進行相位差優化，根據干線通行狀態進行自適應調整，當下游交叉口有車輛排隊時，相位差設置條件如下式：式中，Lj為路段j的長度，vj為路段j的車輛平均速度，λ為排隊車輛的消散波速。本專利技術具有如下有益的技術效果：1.專利技術適用于區域不同交通狀態，通過建立配時模塊，如圖1所示，集成了多種不同特點的控制優化算法，并根據交通流的實際情況優化區域交叉口的信號配時參數。2.適用于檢測器不同的安裝位置，根據交叉口交通流檢測器布設位置情況合理地選擇控制技術，從而使之能夠更廣泛地應用到區域信號控制中。在圖2中展示了兩種檢測器安裝的方式，一種安裝在交叉口的進口處，一種安裝在交叉口的出口處。安裝在進口處的檢測器可以實時地檢測到到達交叉口的交通流情況，采用這種檢測器安裝方式的交叉口比較適合采用感應控制實時控制技術；安裝在出口處得檢測器可以檢測到排隊長度，采用這種檢測器安裝方式的交叉口可以利本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種交通相位控制方法，尤其涉及一種城市區域交通信號自適應協調控制方法，其特征在于，1)初始化信號配時，對各交叉口控制信號參數進行初始化配置；2)通過高清視頻、地磁或者感應線圈對各相位內的交通流進行檢測，采集交通流數據；3)配時模塊根據采集的交通流數據計算相位綠燈時間：計算的相位綠燈時間大于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“+”；計算的相位綠燈時間小于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“?”；計算的相位綠燈時間等于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“0”；4)確定單交叉口周期調整策略：在單一交叉口中，一個周期中各相位全部標記為“0”，或者“+”和“?”同時存在時，將該交叉口標記為“U”，若該交叉口至少連續M個周期標記為“U”，該交叉口確定為周期不變；一個周期各相位全部標記為“+”或“?”，將該交叉口標記為“C”，若該交叉口至少連續M個周期標記為“C”，該交叉口確定為周期調整；5)確定區域周期調整策略：若區域內部需調整周期的交叉口數量小于全部交叉口數量的一半，該區域確定為周期不變，進入步驟6)；若區域內部需調整周期的交叉口數量不小于全部交叉口數量的一半或者需調整關鍵交叉口，該區域確定為周期調整，進入步驟7)；6)周期不變下的綠信比分配策略：交叉口周期各相位標記為“0”時，綠信比方案不需調整；交叉口周期各相位標記為“+”和“?”同時存在時，在第M+1周期后執行優化的綠信比方案，具體優化調整如下：模型計算的相位綠燈時間為g...

【技術特征摘要】
1.一種交通相位控制方法，尤其涉及一種城市區域交通信號自適應協調控制方法，其特征在于，1)初始化信號配時，對各交叉口控制信號參數進行初始化配置；2)通過高清視頻、地磁或者感應線圈對各相位內的交通流進行檢測，采集交通流數據；3)配時模塊根據采集的交通流數據計算相位綠燈時間：計算的相位綠燈時間大于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“+”；計算的相位綠燈時間小于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“-”；計算的相位綠燈時間等于實際運行的相位綠燈時間時，對該相位標注“0”；4)確定單交叉口周期調整策略：在單一交叉口中，一個周期中各相位全部標記為“0”，或者“+”和“-”同時存在時，將該交叉口標記為“U”，若該交叉口至少連續M個周期標記為“U”，該交叉口確定為周期不變；一個周期各相位全部標記為“+”或“-”，將該交叉口標記為“C”，若該交叉口至少連續M個周期標記為“C”，該交叉口確定為周期調整；5)確定區域周期調整策略：若區域內部需調整周期的交叉口數量小于全部交叉口數量的一半，該區域確定為周期不變，進入步驟6)；若區域內部需調整周期的交叉口數量不小于全部交叉口數量的一半或者需調整關鍵交叉口，該區域確定為周期調整，進入步驟7)；6)周期不變下的綠信比分配策略：交叉口周期各相位標記為“0”時，綠信比方案不需調整；交叉口周期各相位標記為“+”和“-”同時存在時，在第M+1周期后執行優化的綠信比方案，具體優化調整如下：模型計算的相位綠燈時間為gm，實際運行相位綠燈時間為gf，相位需求差異為Δt＝gm-gf，當則把各相位的綠燈時間均衡分配...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐少虎，劉小明，鄭國榮，陳智，尚春琳，張良，
申請(專利權)人：北方工業大學，
類型：發明
國別省市：北京,11